Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов
В наноматериалах отношение площади поверхности материала к его объёму имеет основополагающее значение. Незначительные количества электроотрицательных примесей, присутствующих в водороде, а затем адсорбирующихся на поверхности частиц, значительным образом влияют на кинетику реакций металл—H. Для полу...
Saved in:
| Published in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75883 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов / В.А. Боголепов, А.Ф. Савенко, А.Д. Золотаренко, Д.В. Щур, С.Ю. Загинайченко, Н.А. Швачко, В.В. Скороход // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 797-803. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860122508234063872 |
|---|---|
| author | Боголепов, В.А. Савенко, А.Ф. Золотаренко, А.Д. Щур, Д.В. Загинайченко, С.Ю. Швачко, Н.А. Скороход, В.В. |
| author_facet | Боголепов, В.А. Савенко, А.Ф. Золотаренко, А.Д. Щур, Д.В. Загинайченко, С.Ю. Швачко, Н.А. Скороход, В.В. |
| citation_txt | Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов / В.А. Боголепов, А.Ф. Савенко, А.Д. Золотаренко, Д.В. Щур, С.Ю. Загинайченко, Н.А. Швачко, В.В. Скороход // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 797-803. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | В наноматериалах отношение площади поверхности материала к его объёму имеет основополагающее значение. Незначительные количества электроотрицательных примесей, присутствующих в водороде, а затем адсорбирующихся на поверхности частиц, значительным образом влияют на кинетику реакций металл—H. Для получения корректных результатов в выполняемых исследованиях особое внимание уделяется чистоте водорода,
которая должна быть не менее 99,99 ат.%. Такую степень чистоты имеет
водород, пропущенный через палладиевую мембрану или десорбированный
из кристаллической решётки металла. В статье излагаются примеры практического использования металлогидридных накопителей в качестве источников особо чистого водорода для научных исследований, топливных
элементов, водородных горелок, аккумуляторов водорода высокого давления. В работе показаны автономность и портативность созданных накопителей и компрессоров водорода, их высокая надёжность в работе, а также
возможность применения в самых суровых условиях окружающей среды.
У наноматеріялах відношення площі поверхні матеріялу до його об’єму
має основоположне значення. Незначні кількості електронеґативних домішок, присутніх у водні, а потім адсорбованих на поверхні частинок,
значним чином впливають на кінетику реакцій метал—H. Для одержання
коректних результатів у виконуваних дослідженнях особливу увагу приділяють чистоті водню, яка має бути не менше 99,99 ат.%. Таку ступінь
чистоти має водень, пропущений через паладійову мембрану або десорбований з кристалічної ґратниці металу. У статті наведено приклади практичного використання металогідридних нагромаджувачів як джерел особливо чистого водню для паливних елементів, водневих пальників, акумуляторів водню високого тиску. У роботі показано автономність i портативність створених нагромаджувачів i компресорів водню, їхню високу
надійність у роботі, а також можливість застосування в найсуворіших
умовах навколишнього середовища.
In nanomaterials, the ratio of material surface area to its volume is essential.
The small amounts of electronegative impurities presented in hydrogen and
then adsorbed on the particles surface significantly affect the kinetics of
metal—H reactions. To obtain correct results in the performed studies, the
particular attention is paid to the hydrogen purity, which should be not less
than 99.99 at.%. Hydrogen can have such a degree of purity, if it is passed
through the palladium membrane or desorbed from the crystal lattice of a
metal. In a given paper, consideration is concerned with the feasibility of
metal hydride accumulators as sources of high-pure hydrogen for fuel cells,
hydrogen torches and units for hydrogen storage under high pressure. The
autonomy and portability of the developed hydrogen accumulators and compressors,
their high reliability in the work as well as the possibility of their
usage in the most rigorous conditions of environment are demonstrated.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:39:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
797
PACS numbers:07.30.Kf, 07.35.+k,64.75.Bc,81.05.Je,81.07.Wx,88.30.gg, 88.30.rd
Использование накопителей и компрессоров водорода для
исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов
В. А. Боголепов, А. Ф. Савенко, А. Д. Золотаренко, Д. В. Щур,
С. Ю. Загинайченко, Н. А. Швачко, В. В. Скороход
Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины,
ул. Кржижановского, 3,
03142 Киев, Украина
В наноматериалах отношение площади поверхности материала к его объё-
му имеет основополагающее значение. Незначительные количества элек-
троотрицательных примесей, присутствующих в водороде, а затем адсор-
бирующихся на поверхности частиц, значительным образом влияют на ки-
нетику реакций металл—H. Для получения корректных результатов в вы-
полняемых исследованиях особое внимание уделяется чистоте водорода,
которая должна быть не менее 99,99 ат.%. Такую степень чистоты имеет
водород, пропущенный через палладиевую мембрану или десорбированный
из кристаллической решётки металла. В статье излагаются примеры прак-
тического использования металлогидридных накопителей в качестве ис-
точников особо чистого водорода для научных исследований, топливных
элементов, водородных горелок, аккумуляторов водорода высокого давле-
ния. В работе показаны автономность и портативность созданных накопи-
телей и компрессоров водорода, их высокая надёжность в работе, а также
возможность применения в самых суровых условиях окружающей среды.
У наноматеріялах відношення площі поверхні матеріялу до його об’єму
має основоположне значення. Незначні кількості електронеґативних до-
мішок, присутніх у водні, а потім адсорбованих на поверхні частинок,
значним чином впливають на кінетику реакцій метал—H. Для одержання
коректних результатів у виконуваних дослідженнях особливу увагу при-
діляють чистоті водню, яка має бути не менше 99,99 ат.%. Таку ступінь
чистоти має водень, пропущений через паладійову мембрану або десорбо-
ваний з кристалічної ґратниці металу. У статті наведено приклади прак-
тичного використання металогідридних нагромаджувачів як джерел осо-
бливо чистого водню для паливних елементів, водневих пальників, аку-
муляторів водню високого тиску. У роботі показано автономність i порта-
тивність створених нагромаджувачів i компресорів водню, їхню високу
надійність у роботі, а також можливість застосування в найсуворіших
умовах навколишнього середовища.
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2012, т. 10, № 4, сс. 797—803
© 2012 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
798 В. А. БОГОЛЕПОВ, А. Ф. САВЕНКО, А. Д. ЗОЛОТАРЕНКО и др.
In nanomaterials, the ratio of material surface area to its volume is essential.
The small amounts of electronegative impurities presented in hydrogen and
then adsorbed on the particles surface significantly affect the kinetics of
metal—H reactions. To obtain correct results in the performed studies, the
particular attention is paid to the hydrogen purity, which should be not less
than 99.99 at.%. Hydrogen can have such a degree of purity, if it is passed
through the palladium membrane or desorbed from the crystal lattice of a
metal. In a given paper, consideration is concerned with the feasibility of
metal hydride accumulators as sources of high-pure hydrogen for fuel cells,
hydrogen torches and units for hydrogen storage under high pressure. The
autonomy and portability of the developed hydrogen accumulators and com-
pressors, their high reliability in the work as well as the possibility of their
usage in the most rigorous conditions of environment are demonstrated.
Ключевые слова: наноматериалы, очистка водорода, хранение водорода,
металлогидридные накопители, водородные горелки.
(Получено 19 января 2012 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
В наноматериалах отношение площади поверхности материала к
его объёму имеет основополагающее значение. При исследовании
особенностей протекания гетерогенных реакций взаимодействия
таких материалов с газовыми средами особое внимание исследова-
тели уделяют вопросам чистоты поверхности твёрдых частиц. Особо
важную роль играют эти процессы при взаимодействии частиц с во-
дородом. Незначительные количества электроотрицательных при-
месей, присутствующих в водороде, а затем адсорбирующихся на
поверхности частиц, значительным образом могут влиять на кине-
тику реакций металл(Me)—Н. По этой причине большое количество
экспериментальных результатов, полученных различными иссле-
дователями, могут отличаться на порядки величины. Для получе-
ния корректных результатов в выполняемых исследованиях необ-
ходимо особое внимание уделять чистоте водорода, которая должна
бать не менее 99,99 ат.%. Такую степень чистоты может иметь во-
дород, пропущенный через палладиевую мембрану или десорбиро-
ванный из кристаллической решетки металла.
В настоящее время металлогидридные (МГ) технологии остаются
одним из основных направлений водородного материаловедения [1—
5]. Их применение позволяет создавать компактные, безопасные и
технологически гибкие устройства для обработки водорода. Особен-
ности обратимого взаимодействия водорода с гидридообразующими
металлами и сплавами также позволяют реализовать процесс очист-
ки водорода от газовых примесей в МГ устройствах. А возможность
регулирования давления выдаваемого водорода путем управляемого
ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДОРОДОЁМКОСТИ НАНОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ 799
теплового воздействия на МГ сорбент позволяет реализовать регули-
руемую подачу водорода потребителю под заданным давлением.
Хранение, очистка, компилирование/регулируемый напуск могут
быть совмещены в едином многофункциональном устройстве, что
делает подобные приложения чрезвычайно эффективными.
Отделом № 67 Института проблем материаловедения НАН Укра-
ины (ИПМ), разработана серия лабораторных МГ источников высо-
кочистого водорода, с возможностью его выдачи потребителю под
регулируемым повышенным давлением (до 200 бар) c водородоём-
костью от 3 до 7000 литров. В зависимости от назначения накопи-
тели имеют различные эксплуатационные характеристики.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В настоящей работе обсуждаются две модели лабораторных нако-
пителей большой емкости (рис 1, 2) и серия металлогидридных
накопителей различного назначения малой емкости (рис. 3—5).
Лабораторный металлогидридный накопитель «VA-7000» (рис. 1)
а б в
Рис. 1. Металлогидридный накопитель «VA-7000».
а б
Рис. 2. Нагнетатель высокочистого водорода «SVETZAG-2000».
800 В. А. БОГОЛЕПОВ, А. Ф. САВЕНКО, А. Д. ЗОЛОТАРЕНКО и др.
чистого водорода 99,999% разработан для использования в лабора-
торных условиях в случаях, когда существует потребность в боль-
шом количестве водорода низкого давления.
В накопителе был использован сплав-поглотитель водорода
РЗМ (Ni, Fe, Al)5, изготовленный на основе коммерческой цериевой
лигатуры (Ce/70%/La Pr Nd Fe Al), а также лантана и никеля тех-
нической чистоты и некоторых добавок. Состав сплава был подо-
бран таким образом, чтобы обеспечить равновесное давление водо-
рода над МГ до 0,5 МПа при комнатной температуре.
Лабораторный металлогидридный накопитель/нагнетатель
«SVETZAG-2000» (рис. 2) емкостью 2000 литров высокочистого во-
дорода, предназначен для работы в лабораторных условиях.
Разработанный металлогидридный накопитель/нагнетатель водо-
рода характеризуется высокой компактностью, сравнительно низкой
температурой нагрева МГ при нагнетании достаточно высокого
давления водорода (до 25,0 МПа) и хорошими динамическими ха-
а б
Рис. 3. Сосуды высокого давления для хранения водорода и накопители
водорода модификации «Alsav» емкостью 3, 10, 15, 75 и 170 литров.
а б
Рис. 4. Сосуды высокого давления для хранения водорода и накопители
водорода модификации «Dmisch» емкостью 3, 10, 15, 75 и 170 литров.
ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДОРОДОЁМКОСТИ НАНОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ 801
рактеристиками.
На рисунках 3—5 представлены настольные накопители водорода
различной емкости, (от 3 до 170 литров) модификаций («Алсав»,
«Вячбог» и «Дмищ»), предназначенные для эксплуатации в лабо-
раторных условиях в комплекте с лабораторными топливными
элементами при отработке лабораторных практикумов студентами
по водородной энергетике. Также они могут быть использованы для
других целей в качестве источников особо чистого водорода. Кроме
того модификация «Дмищ» оснащена шестивольтным внешним
нагревом. Это позволяет использовать ее в качестве компрессора
водорода. Рабочее давление может изменяться от 0,2 до 17,0 МПа.
На основе опыта создания водородных накопителей емкостью 1—
100 литров авторами в отделе разработаны и изготовлены горелки с
металлогидридными аккумуляторами водорода, предназначенные
для пайки миниатюрных деталей высокотемпературными припоя-
ми и для выполнения других специальных работ в условиях высо-
ких экологических требований. Внешний вид и устройство метал-
логидридных горелок показаны на рис. 6—8.
а б
Рис. 5. Сосуды высокого давления для хранения водорода и настольные
накопители водорода модификации «Viachbog» емкостью 3, 10, 15 и 75
литров.
а б
Рис. 6. Водородная металлогидридная горелка.
802 В. А. БОГОЛЕПОВ, А. Ф. САВЕНКО, А. Д. ЗОЛОТАРЕНКО и др.
Каждая из горелок состоит из контейнера, заполненного метал-
логидридом, фильтрующего элемента, запорно-регулирующего
устройства, инжекторного сопла, смесительной камеры, выходного
сопла, манометра.
Запорно-регулирующее устройство, имеющее осевой канал для
выхода водорода к инжекторному соплу, обеспечивает необходи-
мый расход водорода при выполнении конкретных работ.
Основные технические характеристики этих горелок (рис. 6—7):
– водородоёмкость – 30 л;
– общая масса – 0,45 кг;
– рабочее давление при комнатной температуре – 0,2—0,5 МПа;
– длина 245 мм;
– диаметр 29 мм.
Кроме того, горелка, показанная на рис. 7, оснащена пьезоэлек-
трическим поджигом.
Для повышения температуры газового факела была разработана
и изготовлена автономная водородно-кислородная горелка (рис. 8) с
а б
Рис. 7. Водородная горелка с пьезоэлектрическим поджигом факела.
а б
Рис. 8. Водородно-кислородная горелка с металлогидридным аккумулято-
ром водорода, баллоном высокого давления для кислорода и пьезоэлек-
трическим поджигом факела.
ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДОРОДОЁМКОСТИ НАНОДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ 803
металлогидридным аккумулятором водорода, баллоном высокого
давления для кислорода и пьезоэлектрическим поджигом факела.
Можно отметить следующие основные технические характери-
стики водородно-кислородной горелки:
– водородоемкость – 50 л;
– емкость баллона для кислорода – 15 л;
– масса 2,8 кг.
К основным особенностям и преимуществам созданных металло-
гидридных горелок можно отнести:
– их автономность и портативность;
– высокую надежность в работе, удобство в эксплуатации и об-
служивании;
– возможность использования в самых суровых условиях окру-
жающей среды;
– отсутствие загрязнения окружающей среды.
3. ВЫВОДЫ
На сегодняшний день метод хранения водорода в твердом теле оста-
ется по-прежнему достаточно удобным, эффективным и безопасным.
Авторы надеются, что изделия, созданные ими на базе металло-
гидридных накопителей, будут использоваться во многих отраслях
промышленности и областях деятельности человека. Они заполнят
те пробелы в инструментальном обеспечении, которые на сегодня
либо перекрываются другими менее приспособленными приборами,
либо вовсе не закрыты.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Дж. О’М. Бокрис, Т. Н. Везироглу, Д. Л. Смит, Солнечно-водородная энер-
гетика – сила, которая способна спасти Землю (Ред. Д. В. Щур, С. Ю. За-
гинайченко, В. К. Пишук) (Киев: Изд. «Укрдрук» ИПМ НАНУ: 2006).
2. В. И. Трефилов, Д. В. Щур, Б. П. Тарасов, Ю. М. Шульга, А. В. Черногорен-
ко, В. К. Пишук, С. Ю. Загинайченко, Фуллерен – основа материалов бу-
дущего (Киев: АДЕФ: 2001).
3. G. Sandrock, S. Suda, and L. Schlapbach, Hydrogen in Intermetallic Com-
pounds. II. Surface and Dynamic Properties, Applications (Ed. L. Schlapbach)
(Berlin—Heidelberg: Springer-Verlag: 1992).
4. J.-M. Joubert, M. Latroche, and A. Percheron-Guegan, Materials Research
Bulletin, 27, No. 9: 694 (2002).
5. L. Schlapbach, Materials Research Bulletin, 27: 675 (2002).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75883 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:39:55Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Боголепов, В.А. Савенко, А.Ф. Золотаренко, А.Д. Щур, Д.В. Загинайченко, С.Ю. Швачко, Н.А. Скороход, В.В. 2015-02-05T15:45:23Z 2015-02-05T15:45:23Z 2012 Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов / В.А. Боголепов, А.Ф. Савенко, А.Д. Золотаренко, Д.В. Щур, С.Ю. Загинайченко, Н.А. Швачко, В.В. Скороход // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 4. — С. 797-803. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1816-5230 PACSnumbers:07.30.Kf,07.35.+k,64.75.Bc,81.05.Je,81.07.Wx,88.30.gg,88.30.rd https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75883 В наноматериалах отношение площади поверхности материала к его объёму имеет основополагающее значение. Незначительные количества электроотрицательных примесей, присутствующих в водороде, а затем адсорбирующихся на поверхности частиц, значительным образом влияют на кинетику реакций металл—H. Для получения корректных результатов в выполняемых исследованиях особое внимание уделяется чистоте водорода,
 которая должна быть не менее 99,99 ат.%. Такую степень чистоты имеет
 водород, пропущенный через палладиевую мембрану или десорбированный
 из кристаллической решётки металла. В статье излагаются примеры практического использования металлогидридных накопителей в качестве источников особо чистого водорода для научных исследований, топливных
 элементов, водородных горелок, аккумуляторов водорода высокого давления. В работе показаны автономность и портативность созданных накопителей и компрессоров водорода, их высокая надёжность в работе, а также
 возможность применения в самых суровых условиях окружающей среды. У наноматеріялах відношення площі поверхні матеріялу до його об’єму
 має основоположне значення. Незначні кількості електронеґативних домішок, присутніх у водні, а потім адсорбованих на поверхні частинок,
 значним чином впливають на кінетику реакцій метал—H. Для одержання
 коректних результатів у виконуваних дослідженнях особливу увагу приділяють чистоті водню, яка має бути не менше 99,99 ат.%. Таку ступінь
 чистоти має водень, пропущений через паладійову мембрану або десорбований з кристалічної ґратниці металу. У статті наведено приклади практичного використання металогідридних нагромаджувачів як джерел особливо чистого водню для паливних елементів, водневих пальників, акумуляторів водню високого тиску. У роботі показано автономність i портативність створених нагромаджувачів i компресорів водню, їхню високу
 надійність у роботі, а також можливість застосування в найсуворіших
 умовах навколишнього середовища. In nanomaterials, the ratio of material surface area to its volume is essential.
 The small amounts of electronegative impurities presented in hydrogen and
 then adsorbed on the particles surface significantly affect the kinetics of
 metal—H reactions. To obtain correct results in the performed studies, the
 particular attention is paid to the hydrogen purity, which should be not less
 than 99.99 at.%. Hydrogen can have such a degree of purity, if it is passed
 through the palladium membrane or desorbed from the crystal lattice of a
 metal. In a given paper, consideration is concerned with the feasibility of
 metal hydride accumulators as sources of high-pure hydrogen for fuel cells,
 hydrogen torches and units for hydrogen storage under high pressure. The
 autonomy and portability of the developed hydrogen accumulators and compressors,
 their high reliability in the work as well as the possibility of their
 usage in the most rigorous conditions of environment are demonstrated. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов Article published earlier |
| spellingShingle | Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов Боголепов, В.А. Савенко, А.Ф. Золотаренко, А.Д. Щур, Д.В. Загинайченко, С.Ю. Швачко, Н.А. Скороход, В.В. |
| title | Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов |
| title_full | Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов |
| title_fullStr | Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов |
| title_full_unstemmed | Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов |
| title_short | Использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов |
| title_sort | использование накопителей и компрессоров водорода для исследования водородоёмкости нанодисперсных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75883 |
| work_keys_str_mv | AT bogolepovva ispolʹzovanienakopiteleiikompressorovvodorodadlâissledovaniâvodorodoemkostinanodispersnyhmaterialov AT savenkoaf ispolʹzovanienakopiteleiikompressorovvodorodadlâissledovaniâvodorodoemkostinanodispersnyhmaterialov AT zolotarenkoad ispolʹzovanienakopiteleiikompressorovvodorodadlâissledovaniâvodorodoemkostinanodispersnyhmaterialov AT ŝurdv ispolʹzovanienakopiteleiikompressorovvodorodadlâissledovaniâvodorodoemkostinanodispersnyhmaterialov AT zaginaičenkosû ispolʹzovanienakopiteleiikompressorovvodorodadlâissledovaniâvodorodoemkostinanodispersnyhmaterialov AT švačkona ispolʹzovanienakopiteleiikompressorovvodorodadlâissledovaniâvodorodoemkostinanodispersnyhmaterialov AT skorohodvv ispolʹzovanienakopiteleiikompressorovvodorodadlâissledovaniâvodorodoemkostinanodispersnyhmaterialov |